[发明专利]用于确定还原剂溶液的质量的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定还原剂溶液的质量的设备和方法。此外本发明涉及实施本发明方法的所有步骤并且在计算设备中运行的计算机程序。最后本发明涉及一种具有程序代码的计算机程序产品，其存储在可机器读取的载体上，用于当该程序在计算设备上实施时执行本发明的方法。

背景技术

为了满足越来越严格的废气排放法规，需要减小在内燃机、尤其是柴油发动机的废气中的二氧化氮。为此已知在内燃机的废气范围中设置SCR催化剂（Selective Catalytic Reduction，选择性催化剂还原），该SCR催化剂在存在还原剂的情况下将内燃机的废气中所包含的氮氧化物（Nox）还原为氮。由此可以显著减小废气中氮氧化物的含量。为了进行该还原，需要氨（NH₃），氨将与废气混合。由此作为还原剂采用NH₃或NH₃分裂的试剂。一般为此使用含水的尿素溶液（尿素水溶液），该尿素溶液在废气管线的SCR催化剂之前喷入。从该溶液中形成作为还原剂发挥作用的氨。32.5%的尿素水溶液可以在市场上以商标名“AdBlue?”得到。

为了能为内燃机的运行提供足够的还原剂，设置用于存储尿素水溶液的罐。在此法规规定，应当以一定的品质来确定罐中尿素水溶液的质量。从而必须至少识别对水而不是尿素水溶液的后加注。

水的后加注目前通过内燃机的废气区域中的NOx传感器定性地确定。由于NOx传感器只能以较大的延迟提供当前的NOx值，因此该方法持续时间非常长。目前更多地要求还原剂溶液的质量识别应当明显更快地进行。如果相应的识别时间按照法规应当是确定的，则不再可能通过Nox传感器来识别质量。

发明内容

本发明的用于确定还原剂溶液的质量的设备包括用于容纳还原剂溶液的罐，该罐具有注入管道和排出管道。注入管道通常引向注入套管。排出管道引向SCR催化剂的馈入位置。该设备还具有至少一个超声波传感器，其设置在注入管道或排出管道中。超声波传感器具有至少一个超声波转换器。最后该设备包括计算设备，该计算设备设立为从超声波传感器的信号中确定还原剂溶液的密度。从还原剂溶液的密度可以推断其质量。从而纯净水具有小于尿素水溶液AdBlue?的密度。

在本发明的一种实施方式中，超声波传感器设置在排出管道中并且具有超声波转换器。根据还原剂溶液的密度对还原剂溶液的浓度以及由此对还原剂溶液质量的建模仅在静止液体的情况下是可能的，因为否则还原剂溶液的流动速度会对超声波信号的运行时间产生影响。因此一种用于确定还原剂溶液的质量的由该设备操作的方法包括确定在排出管道中液体是否处于静止状态。如果还原剂罐设置在汽车中，则可以借助汽车的控制设备中的软件来识别这个。例如，在SCR系统中对还原剂泵或者剂量阀门的控制表明，该液体在流动。对这些执行器的较长的控制间隔表明该液体静止。但是该原理仅在排出管道中没有发生液体流例如通过节流器而变得缓慢或者这种变得缓慢在可忽略的范围内时才起作用。例如在本申请人的SCR系统DENOXTRONIC 5.x中就是如此。在确定液体处于静止状态之后，测量超声波传感器的超声波信号在液体中的运行时间t₁。接着根据超声波信号在该液体中的运行时间t₁来计算该液体的密度。根据该密度可以推断该液体中的还原剂浓度。

在本发明的另一种实施方式中，超声波传感器设置在排出管道中并且具有两个超声波转换器。第一超声波转换器以与排出管道的还原剂溶液的流动方向成大于0o且小于90o的角度α设置。第二超声波转换器以与还原剂溶液在排出管道中的相反流动方向成相同角度α地设置。由于超声波传感器具有两个超声波转换器，因此可以借助超声波传感器确定液体是否处于静止状态或者该液体是否流动。为此测量两个超声波转换器的超声波信号在液体中的运行时间t₁和t₂。第一超声波转换器在此与流动方向相反地发送信号到第二超声波转换器。在此测量该信号的运行时间t₁。在相同的时间，第二超声波转换器在流动方向上发送信号朝着第一超声波转换器的方向。也测量运行时间t₂。当该信号与介质的流动方向相反地传输时声波速度在液体中减小（双重效应）。由此得到根据公式1的运行时间差Δt。  

t₁=t₂+Δt  (公式1)。